Letter 電子工学：シリコンとhigh-k 酸化物との界面 2004年1月1日 Nature 427, 6969 doi: 10.1038/nature02204 マイクロエレクトロニクス素子を小型化し続ける半導体業界の能力（ムーアの法則として知られる傾向）は、量子力学的効果による制限を受ける。すなわち、従来の二酸化シリコン（SiO2）ゲート絶縁膜の厚さを数原子層にまで薄くすると、電子は膜を直接貫通できるようになる。したがってデバイスの継続的な小型化には、おそらく、二酸化シリコン絶縁体を高誘電率（high-k）酸化物で置換することにより、膜厚を厚くしてトンネル電流を防止する一方で、SiO2極薄膜が持つ電子物性を維持する必要があるだろう。最終的には、性能を最適化するため、そのようなhigh-k絶縁体とシリコンとの間に原子レベルで明確な界面を形成し、界面SiO2層を存在させないようにする必要がある。シリコン上のAOおよびABO3化合物のエピタキシャル成長が初めて報告された後、チタン酸ストロンチウムとシリコンとの間に原子レベルで急峻な結晶界面が形成されたことが示された。しかしこの界面に関して提案された原子構造は、事実上他の場所ではまれにしか見られない配位状態を持つシリコン原子を要するため、疑わしいものである。今回我々は、シリコン-チタン酸ストロンチウム間の界面形成およびその原子構造の第一原理計算について報告する。化学的環境を変化させて界面構造の原子制御を行うことによって、界面電子物性が劇的に向上し、技術的要求を満たせるようになることが、我々の研究結果から示される。界面構造とその化学的性質から、他のhigh-kゲート酸化物の選定過程やそれらの酸化物の成長制御に対する指針が得られる可能性がある。 Full Text PDF 目次へ戻る
